一种柔性直流牵引供电系统容量配置方法

本发明涉及轨道交通供电，特别是一种柔性直流牵引供电系统容量配置方法。

背景技术：

1、随着轨道交通规模持续扩张，柔性直流牵引供电系统凭借能量双向流动、可高效消纳再生制动能量、适配光伏新能源接入等优势，成为轨道交通绿色供电的核心发展方向。该系统集成光伏系统、储能系统、mmc换流站与能量路由器等设备，其光伏装机功率、储能额定功率与容量的合理配置，是实现系统安全稳定、经济高效运行的关键。

2、现有柔性直流牵引供电系统容量配置方法存在明显技术缺陷：

3、1、容量配置未以全生命周期经济性为核心目标，未综合考虑初始投资成本、运行维护成本与电费成本，配置结果易出现容量过剩导致成本过高或容量不足影响供电稳定性的问题；

4、2、约束条件不完善，未兼顾功率平衡、储能荷电状态、牵引网电压、设备功率等多重约束，配置方案难以满足实际运行安全要求；

5、3、优化算法存在固有缺陷，传统遗传算法全局搜索能力强但收敛速度慢、易早熟，传统粒子群算法收敛快但易陷入局部最优，单一算法无法实现容量配置全局最优求解；

6、4、未针对柔性直流牵引供电系统能量双向流动、新能源随机波动的特性设计专用容量配置方案，普适性差、节能与经济性效果不佳。

7、综上，现有技术缺乏兼顾全生命周期经济性、多重安全约束与全局最优求解的柔性直流牵引供电系统容量配置方法，无法满足轨道交通绿色低碳、经济高效的发展需求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性直流牵引供电系统容量配置方法，技术方案如下：

2、一种柔性直流牵引供电系统容量配置方法，所述柔性直流牵引供电系统包括牵引变电所和多个站点，每个站点均设置有直流母线，每个站点的直流母线分别通过能量路由器连接到牵引变电所，所有站点的直流母线还连接到牵引网；所述站点还包括储能系统和/或光伏系统，储能系统、光伏系统分别连接到该站点的直流母线；所述配置方法包括：

3、以系统年等效投资运行成本最低为优化目标，构建容量配置目标函数；所述目标函数的优化变量为光伏系统装机功率、储能系统额定功率与额定容量；

4、建立约束条件，包括功率平衡约束、光伏系统功率约束、储能系统充放电约束、储能系统最大充放电功率约束、储能系统容量约束、能量路由器功率约束和牵引网电压约束；

5、以光伏系统装机功率、储能系统额定功率与额定容量作为粒子种群，采用改进ga-pso 混合算法进行优化求解，得到最优的光伏系统装机功率、储能系统额定功率与额定容量。

6、优选的，所述改进ga-pso 混合算法的精英保留步骤中，根据精英保留比例，筛选出种群中适应度最优的精英粒子，直接保留，不参与后续的选择、交叉、变异操作。

7、优选的，所述容量配置目标函数为：；式中，为系统年等效投资运行成本，为系统的年等效初始投资成本，为系统的年等效运行维护成本，为系统每年的电费成本；其中，

8、，式中，为光伏系统的初始投资成本，为储能系统的初始投资成本，为等年值系数；

9、，式中，为光伏系统的装机容量，为单位功率光伏组件的成本，为单位功率光伏组件的安装成本；

10、，式中，为储能系统的额定功率，为单位功率储能系统的投资成本，为单位功率储能系统的安装成本， 为储能系统的容量，为单位容量储能系统的投资成本；

11、，式中，为贴现率，为系统使用年限；

12、，式中，为光伏系统的年等效运行维护成本，为储能系统的年等效运行维护成本；

13、，式中，为光伏设备每年的运行维护成本，为光伏设备每年的土地租赁成本；，式中，为光伏设备的运行维护系数；，式中，为单位土地面积租赁费用，为光伏设备的占地面积；

14、，式中，为储能设备的运行维护系数，为储能系统全年释放的电量大小，为储能系统释放单位电量的维护费用；

15、，式中，为电费单价，为柔性直流牵引供电系统的全年耗能；，式中，为牵引网每天运行的时长，为时刻牵引变电所向电网取电后的输出功率。

16、优选的，

17、所述功率平衡约束为，式中，为储能系统实时功率，为能量路由器的实时功率，为牵引变电所实时功率；

18、所述储能系统充放电约束为，式中，为储能系统实时荷电状态，为储能系统允许的最小荷电值，为储能系统允许的最大荷电值，为储能系统最大放电或充电功率；

19、所述能量路由器功率约束为，式中，为能量路由器的回馈功率阈值，为能量路由器提供的牵引功率最大值；

20、所述牵引网电压约束为，式中，为列车运行时牵引网的最低电压，为牵引网的实际电压，为列车运行时牵引网的最高电压；

21、所述光伏系统功率约束、储能系统最大充放电功率约束、储能系统容量约束根据设计值下限和上限确定。

22、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：构建全生命周期经济性容量配置优化模型，综合考量投资、运维、电费多重成本；建立完备的安全约束体系，覆盖功率、储能、设备、电压全维度，确保配置方案满足工程安全运行要求；使用改进 ga-pso 混合算法，克服传统遗传算法收敛慢、粒子群算法易局部最优的缺陷，求解精度与收敛速度显著提升；适配柔性直流牵引供电系统能量双向流动、新能源接入特性，普适性强，可直接应用于轨道交通柔性直流供电工程容量规划。

1.一种柔性直流牵引供电系统容量配置方法，所述柔性直流牵引供电系统包括牵引变电所和多个站点，每个站点均设置有直流母线，每个站点的直流母线分别通过能量路由器连接到牵引变电所，所有站点的直流母线还连接到牵引网；所述站点还包括储能系统和/或光伏系统，储能系统、光伏系统分别连接到该站点的直流母线；其特征在于，

2.如权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统容量配置方法，其特征在于，所述改进ga-pso 混合算法的精英保留步骤中，根据精英保留比例，筛选出种群中适应度最优的精英粒子，直接保留，不参与后续的选择、交叉、变异操作。

3.如权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统容量配置方法，其特征在于，所述容量配置目标函数为：；式中，为系统年等效投资运行成本，为系统的年等效初始投资成本，为系统的年等效运行维护成本，为系统每年的电费成本；其中，

4.如权利要求1所述的柔性直流牵引供电系统容量配置方法，其特征在于，